Миграция радионуклеидов в почвах

     Примечание: 1 Ки = 3,7*1010 Бк (беккерелей)

     К ядерным взрывам, обусловившим наиболее значительное загрязнение внешней  среды и дозы облучения населения выше установленных пределов, следует отнести 4 наземных ядерных взрыва, осуществленных 29.08.49 г., 24.09.51 г., 12.08.53 г. и 24.08.56 г. Это были основные дозообразующие взрывы. Остальные имели либо очень малую мощность, либо были проведены при метеоусловиях, приводящих к выпадению осадков, локализованных на территории полигона. После каждого ядерного испытания специалистами службы безопасности полигона производился дозиметрический контроль дозы, используя воздушные и наземные средства измерения. На основе данных, полученных в ходе таких радиационных разведок, прогнозировалась радиационная обстановка в ближней и дальней зонах на следах ядерных взрывов и проводились оценки доз внешнего и внутреннего облучения населения [43 , 42].

     В 1959 г. сотрудниками Института биофизики Минздрава СССР и организаций других ведомств были обобщены все имеющиеся к тому времени материалы с результатами радиационных разведок и составлен первый альбом следов радиоактивного загрязнения территорий, прилегающих к Семипалатинскому полигону. К этому времени на полигоне было осуществлено 12 наземных и 37 воздушных ЯВ. В период с 04.11.1958 г. по 01.08.1961 г. ядерные испытания не проводились в связи с объявлением моратория [44 ,21 ].

       В 1960, 1961 и 1963 гг. на полигоне  было проведено 38 наземных гидроядерных экспериментов, которые отличались друг от друга количеством выброшенной в атмосферу альфа-активности и высотой подъема верхней кромки облака взрыва. При этом в отдельных экспериментах разница в величине выброса альфа-активности достигала 400 раз, а высота подъема облаков находилась в пределах от 250 м (эксперимент 01.10.1963 г.) до 1280 м (01.07.1961г.). Общее количество альфа-активности плутония, диспергированного во время гидроядерных экспериментов, составило примерно 800-900 кюри, что могло привести к радиоактивному загрязнению местности вокруг испытательной площадки [45 ,33 ].

     По  возобновлении испытаний было продолжено ведение радиационных разведок и  изучение степени радиоактивного загрязнения  объектов природной среды, что позволило получить новые сведения для уточнения положения локальных радиоактивных следов. На рис. 3 показано положение основных следов радиоактивного загрязнения, в пределах которых дозы внешнего облучения до полного распада радиоактивных веществ превышали 1 рентген (примерно 10 мГр). На этом рисунке видно, что следы практически не накладываются друг на друга, поэтому нет необходимости суммировать дозы излучения. При наложении следов от нескольких ядерных взрывов, произведенных в разное время, дозы можно суммировать. Так, над г. Курчатовым с 1953 г. до конца 1965 г. прошло 15 облаков, образовавшихся после атмосферных и подземных, произведенных с выбросом грунта ядерных взрывов. После одного из них, произведенного 07.08.1962 г., доза излучения на местности составила 38 мГр, а суммарная доза всех остальных составила 7 мГр. Облучение жителей г. Курчатова после взрыва 07.08.1962 г. можно считать аварийным, поскольку вместо планируемого воздушного произошел наземный взрыв. Однако суммарная доза облучения жителей этого города не превысила 50 мГр, что является допустимым пределом [46 , 20].

     Следует отметить, что результаты анализа  архивных материалов, содержащих данные радиационных разведок, а также сведения о радиоактивном загрязнении  природной среды, полученные специалистами радиологических групп в лабораториях санэпидстанций МинздраваСССР и сети подразделений Госкомгидромета СССР, послужили основой для реконструкции положения радиоактивных следов ядерных взрывов, создания объективной базы данных о радиационной обстановке, а также для ретроспективной оценки доз облучения населения.

     Рисунок 3 – Положение основных дозообразующих следов наземных ядерных взрывов, осуществленных на Семипалатинском полигоне, с указанием  доз гамма-излучения на местности  до полного распада радиоактивных веществ 

     Подземные ядерные испытания

     Необходимо  отметить, что радиоактивное загрязнение  природной среды происходило  не только после проведения ядерных  испытаний в атмосфере, но и после  подземных ядерных взрывов с  выбросом грунта.

     Подземные ядерные испытания на Семипалатинском полигоне проводились с 11.10.1961 г. по 19.10.1989 г. на трех его рабочих площадках:

• горный массив Дегелен (в штольнях),
• площадка Балапан (в скважинах),
• площадка Сары-Узень и Телькем (в скважинах) [47 , 7].

     Всего на полигоне было осуществлено 340 подземных ядерных испытаний, в которых взорвано 500 ядерных зарядов. В мирных (промышленных) целях на этом полигоне было проведено 7 испытаний (2 - в штольнях и 5 - в скважинах), которые предназначались для решения широкого круга народнохозяйственных задач (создание водоемов, каналов, гаваней; устройство котлованов; стимуляция добычи нефти и газа; тушение факелов; сейсмическое зондирование земной коры и т.д.).

     Наиболее  значимое загрязнение окружающей среды  за пределами территории полигона произошло после двух подземных ядерных взрывов с выбросом грунта - это взрывы, осуществленные 15.01.1965 г. в скважине 1004 и 14.10.1965 г. в скважине 1003. Максимальное загрязнение природной среды имело место после взрыва ядерного заряда мощностью 140 кт на глубине 178 м в скважине 1004. Целью этого эксперимента являлось создание искусственного водохранилища в засушливой степи путем перекрытия русла реки Чаган образованной взрывом насыпной плотиной в месте слияния рек Чаган и Ащи-Су [ 48, 41].

     На  Семипалатинском полигоне первое подземное испытание с тротиловым эквивалентом около 1 кт было проведено 11.10.1961 г. в штольне В-1. Основная цель этого испытания состояла в проверке расчетов и отработке технологий осуществления подземных ядерных взрывов с удержанием радиоактивных веществ в его полости. Таким образом, в СССР, в связи с разработкой проекта международного договора о запрещении ядерных испытаний в трех средах (в космосе, воздухе и воде), началась подготовка к проведению испытаний ядерного оружия (зарядов) под землей, т.е. в скважинах и штольнях.

     Применительно к испытаниям ядерного оружия в недрах земли существует принципиальное различие в понятии «ядерное испытание» и  «ядерный взрыв». Дело заключается  в том, что в одном ядерном  испытании под землей может осуществляться несколько ядерных взрывов. Поэтому количество ядерных испытаний часто не совпадало с числом ядерных взрывов. В соответствии с Московским договором 1963 г. и Протоколом к Договору между СССР и США об ограничении подземных испытаний ядерного оружия (1974 г.) термин «ядерное испытание» означал либо одиночный подземный ядерный взрыв, либо два или более подземных ядерных взрывов, произведенных в течение 0,1 секунды на полигоне в пределах района, ограниченного окружностью с диаметром два километра, при этом суммарная мощность всех взрывов являлась мощностью данного ядерного испытания. Например, на Семипалатинском полигоне в одном из испытаний было осуществлено одновременно пять ядерных взрывов [49,39 ].

     Общее количество подземных ядерных испытаний вместе с ядерными взрывами в мирных целях, а также число ядерных зарядов и ядерных взрывных устройств, взорванных бывшим Советским Союзом в недрах земли, включая Семипалатинский полигон, представлено в таблицах 3 и 4.

     Данные  о количестве подземных испытаний и мирных ядерных взрывов, которые в разные годы осуществлялись на Семипалатинском полигоне, приведены в таблицах 3 и 4.

     По  характеру фактически наблюдаемой  радиационной обстановки все подземные  ядерные взрывы, осуществленные на Семипалатинском полигоне, подразделялись на четыре категории:

     Взрыв с выбросом грунта (ВВГ) - подземный  взрыв наружного действия, сопровождавшийся разрушением и перемещением пород  в эпицентральной зоне и выходом  радиоактивных продуктов в атмосферу  в аэрозольной и газовой фазах. На земной поверхности образовывалась воронка (кратер) выброса. На полигоне было проведено четыре таких испытания в скважинах 1004 (15.01.1965 г.), 1003 (14.10.1965г.), Т-1 (21.10.1968г.) и Т-2 (три взрыва 12.11.1968г.) [50 , 22]. 

     Таблица 10 - Количество подземных ядерных испытаний и подземных ядерных взрывов в СССР, 1961-1990 гг.

     Таблица 11 - Количество ядерных зарядов и взрывных устройств, взорванных в СССР в недрах земли в 1961-1990 гг.

     Взрыв камуфлетный полный (ВКП). При таком  взрыве все радиоактивные продукты оставались в полости взрыва. Подобная радиационная ситуация наблюдалась после 50% взрывов из всех, осуществленных в период проведения подземных ядерных испытаний на Семипалатинском полигоне.

     Взрыв неполного камуфлета, сопровождавшийся незначительным истечением в атмосферу радиоактивных инертных газов (ВНК-РИГ)- Подобные подземные испытания на Семипалатинском полигоне составляли 45% от их общего количества.

     Взрыв неполного камуфлета с нештатной  радиационной ситуацией (ВНК-НРС). Такой взрыв сопровождался ранним напорным истечением в атмосферу радиоактивных продуктов взрыва в газо- и парообразной фазах, что обусловливалось случайным нарушением нормального процесса проведения испытания и/или непредусмотренными проектом последствиями, которые могли привести/или приводили к облучению людей выше установленного уровня или к материальному ущербу. Взрывы ВНК-НРС могли привести к значительному аварийному облучению персонала и вследствие большого разбавления облака выброса по пути его движения за границы территории полигона – к очень незначительному облучению населения районов, прилегающих к полигону (ниже допустимых пределов по дозе).

     При проведении мощных подземных ядерных  взрывов в скважинах на площадках  «Б» и «С» Семипалатинского полигона для исключения нарушений требований безопасности и Московского договора 1963 г. необходимо было выбирать такую глубину заложения ядерного заряда, которая обеспечивала бы возможность начала выхода радиоактивных газов в атмосферу не ранее, чем через 10 - 20 минут после взрыва. Только в этом случае среди вышедших в атмосферу газов мог практически отсутствовать радионуклид криптон-89 (период полураспада 3,07 минуты), из которого образуется биологически опасный радионуклид стронций-89, входящий в состав радиоактивных выпадений. Тем самым, даже после выхода части радиоактивных газов, обеспечивается отсутствие остаточного радиоактивного загрязнения местности и, следовательно, соблюдение правил радиационной безопасности [51 , 22].

     При подземных ядерных взрывах в  породах площадки «Б», содержащих относительно большое количество газообразных веществ, довольно часто наблюдалось истечение (фильтрация) в атмосферу радиоактивных газов по линии наименьшего сопротивления, то есть вдоль скважины. Причиной этого явления было возникновение значительного избыточного давления газов в полости ядерного взрыва. Большая часть газов образовывалась при испарении воды и сгорании горючих компонентов в прослойках сланцев и бурых углей. Кстати, после закрытия Семипалатинского полигона и передачи части его территории в использование для хозяйственных нужд вблизи площадки «Б» была начата промышленная добыча каменного угля.